(57)【要約】【課題】接着剤の塗布幅を広げずに、有効膜面積を維持しながら、封止部における接着力の低下を効果的に防止することができるスパイラル型膜エレメント、及びその製造方法を提供する。【解決手段】分離膜１と供給側流路材２と透過側流路材３とが積層状態で有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体Ｒを備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられているスパイラル型膜エレメントにおいて、  前記透過側流路材３を介して対向する分離膜１は、少なくとも軸方向の両側に接着剤により形成された両端封止部１１を有すると共に、その両端封止部に位置する透過側流路材３が全部又は一部だけ切除されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体を備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられているスパイラル型膜エレメントにおいて、
前記透過側流路材を介して対向する分離膜は、少なくとも軸方向の両側に接着剤により形成された両端封止部を有すると共に、その両端封止部に位置する透過側流路材が全部又は一部だけ切除されていることを特徴とするスパイラル型膜エレメント。
【請求項２】
前記透過側流路材は、隣接する分離膜の内周側端より更に内周側に延びて前記中心管に巻回された内周側余剰部を有すると共に、その内周側余剰部は軸方向幅が前記分離膜の幅と略等しく、その内周側余剰部に含浸した接着剤により前記両端封止部の内周側端部が封止されている請求項１記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項３】
前記透過側流路材を介して対向する分離膜は、更に外周側端部に接着剤により軸方向に形成された外周側封止部を有すると共に、その外周側封止部に位置する透過側流路材が全部又は一部だけ切除されている請求項１又は２に記載のスパイラル型膜エレメント。
【請求項４】
分離膜と供給側流路材と透過側流路材とを積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回して、円筒状巻回体を形成する工程と、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部を形成する工程とを備えるスパイラル型エレメントの製造方法において、
前記封止部の形成工程は、前記封止部に位置する領域の全部又は一部だけが切除された透過側流路材を介在させた状態で、対向する分離膜の軸方向の両側端部または外周側端部を接着剤で封止する工程を含むことを特徴とするスパイラル型膜エレメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回されており、液体中に浮遊及び溶存している成分などを分離するスパイラル型膜エレメント、及びその製造方法に関する。本発明は、特に供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部を接着剤により形成する際に、接着力の低下を効果的に防止できる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、逆浸透ろ過、精密ろ過などに用いられる流体分離エレメントとして、例えば、供給側流体（原水）を分離膜表面へ導く供給側流路材、供給側流体を分離する分離膜、および分離膜を透過し供給側流体から分離された透過側流体（透過水）を中心管（集水管）へと導く透過側流路材からなるユニットを有孔の中心管の周りに巻き付けたスパイラル型膜エレメントが知られている。
【０００３】
このようなスパイラル型膜エレメントは、図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、一般的に分離膜１を二つ折りにした間に供給側流路材２を配置したものと、透過側流路材３とを積み重ね、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐ封止部を形成するために接着剤４，６を、分離膜周辺部（３辺）に位置する透過側流路材３に塗布して分離膜ユニットＵを作製し、このユニットＵの単数または複数を中心管５の周囲にスパイラル状に巻きつけて、更に分離膜周辺部を封止することによって製造される。その際、製造工程において端辺を揃え易くする観点から、図３（ａ）に示すように、透過側流路材３の軸方向幅と分離膜１の軸方向幅とが略等しくなるように、透過側流路材３の端辺が切断されていた。
【０００４】
上記製造方法によると、図４に示すように、透過側流路材３を介して対向する分離膜１の両端は、両端封止部１１により封止され、また、透過側流路材３を介して対向する分離膜１の外周側端部は、軸方向に沿った外周側封止部１２により封止される。この例は、膜リーフ（封止された封筒状膜）が複数の場合であるが、膜リーフが単数の場合も存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
上記のような両端封止部１１と外周側封止部１２とは、接着剤４，６を用いて接着されているが、従来の構造では、透過側流路材３が対向する分離膜１の間に介在するため、接着剤４，６は、２枚の分離膜１と透過側流路材３に含浸して、これらを接着している。
【０００６】
しかし、一般的に有効膜面積を広くするためには、接着剤の接着幅を狭くすることが有効であり、この方法では、接着剤の塗布量が少なくなるため、分離膜への接着剤の含浸が不充分な部分が生じ易くなる。そうすると、これに起因して、接着部の接着力が低下し、場合によっては、接着部が剥離する問題が生じている。
【０００７】
この接着剤による接着部の剥離防止策としては、互いに接合される分離膜の表面に予めプライマーを塗布し、乾燥させた後、接着剤を塗布して分離膜同士を接着させる方法が知られている（例えば、特許文献１および３参照）。しかし、この方法は、プライマーの塗布、乾燥工程が必要になり、現状、自動化が実現せず、生産性が非常に悪くなっている。
【０００８】
また、スパイラル型膜エレメントの両端封止部を、熱接着性テープを用いて封止する技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この方法では、接着部の接着力は、接着剤を用いた場合と比較して低くなるという問題があった。
【特許文献１】特開平１０−３４１号公報
【特許文献２】特開２００３−２７５５４７号公報
【特許文献３】特開２００４−７４０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明の目的は、接着剤の塗布幅を広げずに、有効膜面積を維持しながら、封止部における接着力の低下を効果的に防止することができるスパイラル型膜エレメント、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。      
【００１１】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とが積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体を備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられているスパイラル型膜エレメントにおいて、前記透過側流路材を介して対向する分離膜は、少なくとも軸方向の両側に接着剤により形成された両端封止部を有すると共に、その両端封止部に位置する透過側流路材が全部又は一部だけ切除されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明のスパイラル型膜エレメントによると、両端封止部に位置する透過側流路材が全部又は一部だけ切除されていることにより、透過側流路材を介することなく、対向する分離膜は、直接、接着剤により接着されることになる。このため、接着剤の透過側流路材への含浸不良や気泡残留が生じることがなくなり、接着剤の分離膜への含浸性が向上し、より確実に封止部を接着することができる。その結果、有効膜面積を維持しながら、封止部における微小リークを効果的に防止することができる。
【００１３】
上記において、前記透過側流路材は、隣接する分離膜の内周側端より更に内周側に延びて前記中心管に巻回された内周側余剰部を有すると共に、その内周側余剰部は軸方向幅が前記分離膜の幅と略等しく、その内周側余剰部に含浸した接着剤により前記両端封止部の内周側端部が封止されていることが好ましい。
【００１４】
このように、透過側流路材の全体の軸方向幅を狭くするのではなく、分離膜の幅と略等しい内周側余剰部を残すことによって、内周側余剰部に接着剤を含浸させることにより、両端封止部の内周側端部を、簡易かつ確実に封止できるようになる。
【００１５】
また、前記透過側流路材を介して対向する分離膜は、更に外周側端部に接着剤により軸方向に形成された外周側封止部を有すると共に、その外周側封止部に位置する透過側流路材が全部又は一部だけ切除されていることが好ましい。この場合、外周側封止部においても、透過側流路材を介することなく、対向する分離膜を直接接着剤により接着でき、接着剤の分離膜への含浸性が向上し、より確実に封止部を接着することができるので、接着剤の塗布幅を広げずに、両端封止部における接着力を向上させることができる。その結果、有効膜面積を維持しながら、封止部における接着力の低下を効果的に防止することができる。
【００１６】
一方、本発明のスパイラル型膜エレメントの製造方法は、分離膜と供給側流路材と透過側流路材とを積層状態で有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回して、円筒状巻回体を形成する工程と、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部を形成する工程とを備えるスパイラル型エレメントの製造方法において、前記封止部の形成工程は、前記封止部に位置する領域の全部又は一部だけが切除された透過側流路材を介在させた状態で、対向する分離膜の軸方向の両側端部または外周側端部を接着剤で封止する工程を含むことを特徴とする。
【００１７】
本発明の製造方法によると、分離膜の両側端部または外周側端部において、透過側流路材を介することなく、対向する分離膜を直接接着剤により接着できるため、接着剤の分離膜への含浸性が向上し、より確実に封止部を接着することができる。このため、接着剤の塗布幅を広げずに、両端封止部における接着力を向上させることができる。その結果、有効膜面積を維持しながら、封止部における接着力の低下を効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のスパイラル型膜エレメント製造方法の一例を示す工程図である。図２は、本発明のスパイラル型膜エレメントの一例を示す部分破断した斜視図である。
【００１９】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、接着剤を用いて接合した封止部の構造のみが従来のものと異なっており、他の構造は、上述の従来のスパイラル型膜エレメントの構成をいずれも適用することができる。
【００２０】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、図１〜２に示すように、分離膜１、供給側流路材２、および透過側流路材３が積層状態で、有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回された円筒状巻回体Ｒを備えると共に、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部が設けられている。封止部には、両端封止部１１と外周側封止部１２が含まれる。
【００２１】
図２に示すように、透過側流路材３を介して対向する分離膜１の両端は、両端封止部１１により封止され、スパイラル状に配置された複数の両端封止部１１の間には、供給側流路材２が介在する。また、透過側流路材３を介して対向する分離膜１の外周側端部は、軸方向に沿った外周側封止部１２により封止されている。
【００２２】
上記の円筒状巻回体Ｒは、分離膜１と供給側流路材２と透過側流路材３とを積層状態で有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回して円筒状巻回体Ｒを形成する工程と、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐための封止部１１，１２を形成する工程とによって製造することができる。
【００２３】
具体的には、例えば、図１に示す実施形態により製造することができる。図１の（ａ）は、分離膜ユニットの組立斜視図であり、（ｂ）は、分離膜ユニットを積層して巻回する前の状態を示す正面図である。
【００２４】
まず、図１（ａ）に示すように、分離膜１を二つ折りにした間に供給側流路材２を配置したものと透過側流路材３とを積み重ね、供給側流体と透過側流体の混合を防ぐ封止部を形成するための接着剤４，６を、透過側流路材３の軸方向両端部および巻回終端部に塗布したユニットを準備する。このとき、分離膜１の折目部分に保護テープを貼り付けても良い。
【００２５】
分離膜１には、逆浸透膜、限外ろ過膜、精密ろ過膜、ガス分離膜、脱ガス膜などが使用できる。供給側流路材２には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。透過側流路材３には、ネット状材料、メッシュ状材料、溝付シート、波形シート等が使用できる。有孔の中心管５は、管の周囲に開孔を有するものであれば良く、従来のものが何れも使用できる。
【００２６】
接着剤４，６としては、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ホットメルト接着剤等、従来公知の何れの接着剤も使用することができる。
【００２７】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、両端封止部１１に位置する透過側流路材３が全部又は一部だけ切除されている。本実施形態では、図２に示すように、両端封止部１１に位置する透過側流路材３が一部切除（部分的に切除）された切除部３ａと、外周側封止部１２に位置する透過側流路材３が一部切除された切除部３ｂを有する例を示す。このように、透過側流路材３の一部が封止部１１，１２に介在することによって、透過側流路材３の位置ズレによる封止部近傍の変形を防ぐことができ、分離膜１の耐久性を向上させることができる。
【００２８】
このような構造は、図１（ａ）に示すように、両端封止部１１又は外周側封止部１２に位置する領域の全部又は一部だけが切除された透過側流路材３を用いて、これを介在させた状態で、対向する分離膜１の軸方向の両側端部または外周側端部を接着剤で封止する工程により得ることができる。
【００２９】
また、本実施形態では、図１（ａ）及び図２に示すように、透過側流路材３は、隣接する分離膜１の内周側端１ａより更に内周側に延びて中心管５に巻回された内周側余剰部３ｃを有すると共に、その内周側余剰部３ｃは軸方向幅が分離膜１の幅と略等しく、その内周側余剰部３ｃに含浸した接着剤により両端封止部１１の内周側端部（内周側端封止部１３）が封止されている例を示す。
【００３０】
本発明では、切除部３ａや切除部３ｂを形成することで接着性が高まるため、両端封止部１１の軸方向幅を１０〜２０ｍｍとすることができ、また、外周側封止部１２の周方向幅を１５〜２５ｍｍとすることができる。
【００３１】
なお、内周側余剰部３ｃの周方向長さは、内周側端封止部１３の封止状態を、中心管５に対して隙間なく巻き付け、かつ、中心管５に対し積層した分離膜ユニットを垂直に巻き付ける観点から、中心管５と略同じ長さとするのが好ましい。また、内周側余剰部３ｃの軸方向幅は、分離膜１の軸方向幅と略等しくするのが好ましい。
【００３２】
円筒状巻回体の両端封止部１１、および必要に応じて、外周側封止部１２に位置する分離膜１の接着面は、粗面化処理するのが好ましい。このような構造は、封止工程に先立って、封止部に位置する分離膜１の接着面を粗面化する工程を含むことで形成できる。
【００３３】
本発明において、分離膜１の接着面を粗面化する方法としては、機械的に分離膜表面を削る方法、微細な針により分離膜表面に微細孔を形成する方法、化学的なエッチングにより粗面化する方法、レーザー加工による凹凸形成、加熱プレス等により分離膜表面を溶融・変形させる方法などが挙げられる。なかでも、発塵性が少ないという観点から、分離膜表面を溶融により粗面化することが好ましい。
【００３４】
次に、図１（ｂ）に示すように、この分離膜ユニットＵの複数を積層し、有孔の中心管５の周囲にスパイラル状に巻回した後、接着剤などを熱により硬化等させることで、円筒状巻回体Ｒを得る。その際、中心管５の周囲の封止を同時に行っても良い。円筒状巻回体Ｒは、軸方向の長さを調整するために、必要に応じて両端部がトリミング等される。
【００３５】
分離膜ユニットＵを積層する際の数量は、必要とされる透過流量に応じて決まるものであり、１層以上であれば良いが、操作性を考慮すると１００層程度が上限である。なお、分離膜ユニットＵの積層数量が大きいほど、各分離膜ユニットＵの巻回回数が少なくなる。
【００３６】
本発明のスパイラル型膜エレメントは、通常、外装材により拘束されて拡径しない構造になっているが、外装材は、円筒状巻回体の表面に単数又は複数のシートを巻回することができる。外装材としては、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ガラス繊維布等が使用できる。
【００３７】
本発明のスパイラル型膜エレメントには、更に変形（テレスコープ等）を防止するための有孔の端部材や、シール材、補強材などを必要に応じて設けることができる。
【００３８】
［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、隣接する分離膜の内周側端より更に内周側に延びて前記中心管に巻回された内周側余剰部を、透過側流路材が有する例を示したが、内周側余剰部を有しない透過側流路材を用いることも可能である。その場合、両端封止部の内周側端部をより確実に封止する観点から、中心管の周囲に予め接着剤を塗布する方法やシール材を巻回する方法などを採用するのが好ましい。
【００３９】
（２）前述の実施形態では、封止部に位置する透過側流路材を一部だけ切除することで、透過側流路材の一部が封止部に介在する例を示したが、封止部に位置する透過側流路材を全部切除することで、透過側流路材が全く封止部に介在しないようにしてもよい。その場合、切除部の幅を封止部の幅より大きくすることも可能であるが、透過側流路材の端辺と封止部との距離が小さいほど好ましい。
【００４０】
（３）前述の実施形態では、封止部に位置する透過側流路材を一定幅で切除する例を示したが、切除部の形状は何れでもよく、例えば円形や四角形などの形状で開口する切除部を複数設けてもよい。これによっても、その切除部において、対向する分離膜を直接接着剤により接着でき、接着剤の分離膜への含浸性が向上し、より確実に封止部を接着することができる。
【００４１】
（４）前述の実施形態では、分離膜ユニットを作製する際、分離膜を２つ折りにして供給側流路材を挟み込む例を示したが、連続する分離膜を用いて、これを交互に折り返して、供給側流路材および透過側流路材を挟み込むことも可能である。その場合、両端封止部に対してのみ、透過側流路材の切除部を設ければよい。
【００４２】
（５）前述の実施形態では、図１に示すように、供給側流路材２を挟みこむように二つ折りにした分離膜１の上に、透過側流路材３を重ねて、接着剤４，６を塗布する例で説明したが、本発明では、透過側流路材３の上に二つ折りにした分離膜１を重ねその上に接着剤４，６を塗布することも可能である。
【００４３】
（６）前述の実施形態では、図１に示すように、複数の分離膜ユニットＵを使用して、複数の膜リーフを備えるスパイラル膜エレメントを製造する例を示したが、本発明では、 1組の分離膜ユニットＵを使用して、１枚の膜リーフを備えるスパイラル膜エレメントを製造してもよい。
【実施例】
【００４４】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。
【００４５】
実施例
図１に示す工程に従って、逆浸透膜（スキン層：ポリアミド系、支持体：ポリスルホンの多孔体、厚み５０μｍ）とポリプロピレン（ＰＰ）製の供給側流路材と、ポリエステル（ＰＥＴ）製の透過側流路材とを積層して（２１リーフ分）、有孔の中心管の周囲にスパイラル状に巻回して、８インチのスパイラル型膜エレメントを製作した。その際、両端封止部の幅２０ｍｍに対して透過側流路材を幅４５ｍｍで切除し、外周側封止部の幅２５ｍｍに対して透過側流路材を幅３０ｍｍで切除し、また、透過側流路材には長さ４０ｍｍで内周側余剰部を設けて、接着剤としてウレタン樹脂を用いて、分離膜の３辺と中心管の周囲を封止した。接着剤硬化後、染色確認した。染色確認は、ダイレクトブルー（Ｍｗ＝９９３）を混ぜた原液を通常運転条件にて、ろ過した。微小リーク部分は、青く染まる。その結果、製作した全２０本とも、微小リーク部分は無かった。
【００４６】
比較例
実施例において、封止部分における透過側流路材の切除を行わないこと以外は、同様にして、８インチのスパイラル型膜エレメントを製作し、染色確認した。その結果、製作した全２０本中、１本が微小リークしていた。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明のスパイラル型膜エレメントの製造方法の一例を示す工程図
【図２】本発明のスパイラル型膜エレメントの一例を示す部分破断した斜視図
【図３】従来のスパイラル型膜エレメントの製造方法の一例を示す工程図
【図４】従来のスパイラル型膜エレメントの一例を示す部分破断した斜視図
【符号の説明】
【００４８】
１          分離膜
１ａ        分離膜の内周側端
２          供給側流路材
３          透過側流路材
３ａ，３ｂ  切除部
３ｃ        内周側余剰部
４          接着剤
５          中心管
６          接着剤
１１          両端封止部
１２          外周側封止部
１３          内周側端封止部
Ｒ          円筒状巻回体
Ｕ          分離膜ユニット
【図１】
2006218345.tif 000003
【図２】
2006218345.tif 000004
【図３】
2006218345.tif 000005
【図４】
2006218345.tif 000006